数据序列的扰乱与解扰的MATLAB实现及性能分析——利用19级m序列

数据序列的扰乱与解扰的MATLAB实现

及性能分析

摘要：本课程设计主要为了进一步数据序列加扰系统的原理和数据序列解扰系统的原理抗噪声性能的分析。本课程设计仿真平台为MATLAB/Simulink。主要是仿真通信加密系统。对输入随机数据信号与19级m序列异或运算以实现信号加密，送入含噪信道，在接收端与相同序列再进行异或运算以解密，改变信道误码率大小，分析该种加密方法的抗噪声性能。

关键词：Matlab/Sumulink；m序列加扰与解扰;抗噪声性能;

1 引言

人类社会建立在信息交流的基础上，通信是推动人类社会文明，进步与发展的巨大动力。改革开放以来，我国的通信建设有了迅速的发展，但与一些发达国家相比还很落后，因此，现代通信系统的建设与发展是一项十分重要而又艰巨的任务。

各种各样的信息多采用数字信号传输，这已成为了通信的基础。目前世界各国已在组建综合业务数字网，这是一种将话音，图像，数据等各种信息规范为数字信号的形式，并进行高速传输的网络。通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信，成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，数字通信具有以下一些优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。数字通信的缺点是，一般需要较大的带宽。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂。但是，随着微电子技术、计算机技术的广泛应用以及超

大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度大大降低。同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输媒质的使用正逐步使带宽问题得到解决。因此，数字通信的应用必将越来越广泛。因此，在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。本课程设计根据当今现代通信技术的发展，对信号的加扰与解扰等原理进行了研究和实验

1.1 课程设计目的

首先在MATLAB/Simulink模块下学会对数据序列进行与m序列的加扰、解扰以及抗噪声性能分析方法。通过本次课程设计加深对加扰和解扰系统的理解，使出现具体问题时能够合理，迅速而简单的选择系统，提高我们分析问题解决问题的能力；同时也能够培养我们独立思维的习惯，为我们今后更好的学习工作打下基础。

1.2 课程设计内容

利用MATLAB imulink仿真平台,设计一个信道传输加扰与解扰系统.对输入随机数据信号与19级m序列异或运算以实现信号加密，送入含噪信道，在接收端与相同序列再进行异或运算以解密，改变信道误码率大小，分析该种加密方法的抗噪声性能。

2 加扰和解扰的基本原理

2.1加扰和解扰系统概述

一般来说，数字通信系统的设计及其性能都与所传输的数字信号的统计特性有关。例如在分析计算系统的误码率时，常假定信源送出的“0”和“1”码元是等概率的。在有些数字通信设备中，从“0”和“1”码元的交变点提取位定时信息，若经常出现长“0”或“1”游程，则将影响位同步信息的建立和保持。如果数字信号具有周期性，则信号频谱中将存在离散谱线。电路中存在的不同程度的非线性，有可能使其在多路通信系统其他路中造成串扰。为了限制这种串扰，常要求数字信号的最小周期足够长。

如果能够先将信源产生的数字信号变换成具有近似于白噪声统计特性的数字序列，在进行传输；在接收端收到这个序列后先变换成原始数字信号，再传给用户，这样就可以给数字通信系统的设计和性能估计带来很大方便。

所谓加扰技术，就是不用增加多余度二扰乱信号，改变数字信号的统计特性，使其近似于白噪声统计特性的一种技术。这种技术的基础是建立在反馈移存器序列（或伪随机序列）理论之上的。

采用加扰技术的通信系统组成的原理如图2-1所示。在发送端用加扰器来改变原始数字信号统计特性，而接收端用解扰器恢复出原始数字信号。在图2-2

给出一个由5级移存器组成的自同步加扰器和解扰器的原理方框图。由此图可以看出，加扰器是一个反馈电路，解扰器是一个前馈电路，它们分别都是由5级移存器和两个模2加法电路组成。

图2-1 采用加扰技术的系统

图2-2 自同步加扰器和解扰器

设加扰器的输入数字序列为{ak}，输出为{bk}；解扰器输入为{bk}，输出为{ck}。在这里，符号{ak}表示二进制数字序列a0a1a2…akak+1…；符号{bk}，{ck}均与此相仿。这样，由图2-2不难看出加扰器的输出

bk=ak（xor）bk-3（xor）bk-5 （2.1）而解扰器的输出

ck=bk（xor）bk-3（xor）bk-5 （2.2）

以上两式表明，解扰后的序列与加扰前的序列相同。

这种解扰器是自同步的，因为如果信道干扰造成错码，它的影响至多持续错码位于移存器内的一段时间按，即至多影响连续五个输出码元。

如果断开输入端，加扰器就变成一个反馈移存器序列产生器，其输出为一周期性序列。一般都适当设计反馈抽头的位置，使其构成为m序列产生器。因为它能最有效的将输入序列搅乱，是输出数字码元之间相关性最小。

加扰器的作用可以看做是使输出码元成为输入序列许多码元的模2和。因此可以把它当作是一种线性序列滤波器；同理，解扰器也可以看作是一个线性序列滤波器。

3 模块设计与仿真图形分析

3.1 simulink的工作环境熟悉

（1）simulink软件简介

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真综合分析的集成环境。它不仅支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。SIMULINK包含有SINKS（输入方式）、SOURCE（输入源）、LINEAR（线性环节）、NONLINEAR（非线性环节）、CONNECTIONS（连接与接口）和EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。为实现信号仿真提供了一个很便捷的软件平台。

（2） simulink的工作环境

1.1 建立一个很小随机序列加扰的系统，用示波器观察生成的m序列的波形，系统中所需的模块：随机数据产生器模块，示波器模块，延时器，抑或模块，则最后的组成随机序列与m序列加扰电路图如图3－1，参数设置如图3－2、3-3、3-4、3-5，系统内示波器显示的波形如图3－6如下所示：